基于共轭微孔聚合物抑菌体系的构建

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共轭微孔聚合物(CMPs)是一种无定形材料,合成后具有π共轭结构和多孔结构,具有可设计性,不同的分子设计可以使材料具有与预想相一致的性能,还兼具每一种单体的特性。本文选用的5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)与4,6-二氨基间苯二酚二盐酸盐(DAR·2HCl)通过缩聚反应合成苯并双噁唑卟啉基共轭微孔聚合物(BBO-Por-CMP)。通过13C固态核磁和热重测试表征BBO-Por-CMP具有优异的化学与热稳定性。由于其结构上的卟啉单元的超共轭结构,使其能够吸收可见光产生单线态氧,具备一定的杀菌能力。BBO-Por-CMP在可见光下的杀菌效果除了光动力外,主要依赖于光热性能(即浓度依赖),当BBO-Por-CMP浓度达到200μg/m L可有效杀灭细菌。由于不依赖抗生素,细菌不会产生耐药性,但BBO-Por-CMP产生的单线态氧不足,单一能力均偏弱,因此需要寻求多种手段联合抗菌。利用Ag纳米粒子(Ag NPs)固定在BBO-Por-CMP上来提高其抗菌活性,拓宽抗菌谱提高抗菌效率的同时,解决Ag NPs在水中聚集,不易分散的造成的高浓度重金属污染环境的问题。通过XPS测试与SEM电镜可直观观察到Ag+成功被还原成Ag~0,被锚定在BBO-Por-CMP骨架上,Ag NPs成功分散。抑菌实验验证了Ag/BBO-Por-CMP可以高效杀灭革兰氏阳性菌——金黄色葡萄球菌(S.aureus),对革兰氏阴性菌——大肠杆菌(E.coli)的杀菌效果有良好的提升。该抑菌是Ag离子和光动力共同作用的结果。溶血性能实验发现,当Ag/BBO-Por-CMP的浓度达到200μg/m L时,溶血率高达8.9%,有轻微的溶血现象产生。考虑到Ag NPs存在潜在的生物毒性,因此选用无机纳米材料Ti O2作为替代,将其沉积在BBO-Por-CMP上与其复合,利用BBO-Por-CMP中的卟啉单元敏化Ti O2增强光动力抑菌能力。制备的BBO-Por-CMP@Ti O2中,Ti O2以薄层的形式包裹在BBO-Por-CMP上,SEM和TEM观察发现,复合后材料表面成均匀的毛刺状突起。该方法不但解决了重金属导致的细胞毒性的问题,还避免了Ti O2依赖紫外光才能光动力灭菌,增强了对E.coli的抑菌效果。实验结果表明,白色LED可见光下,与BBO-Por-CMP相比,BBO-Por-CMP@Ti O2对S.aureus抑菌效果提升45.3%,对E.coli的抑菌效果提升32.7%。BBO-Por-CMP@Ti O2的浓度达到200μg/m L时细胞存活率均在98.5%,且溶血性能实验表明溶血率在1%左右,说明BBO-Por-CMP@Ti O2体系具有良好的生物相容性。通过抑菌实验证明两个体系均具有很好的抑菌能力,利用syto9/PI细菌活死染色实验进一步验证材料的抑菌性能,与平板抑菌实验结果一致,进行生物相容性测试,材料的生物相容性良好。综上,本文研究的抑菌体系可阻碍超级细菌的发展,避免耐药菌的产生,对解决抗生素耐药性具有一定的意义。
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